用于形成抗蚀剂图案的方法和用于制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术提供一种用于形成抗蚀剂图案的方法和用于制造半导体器件的方法。为了抑制在预烘焙工艺中由温度不均匀性引起的抗蚀剂图案尺寸的变化，执行在基础衬底上涂覆正型或负型的抗蚀剂、预烘焙、曝光、曝光后烘焙以及通过对抗蚀剂进行显影来形成具有预定形状的抗蚀剂。在抗蚀剂是正型的情况下，以等于或高于抗蚀剂中包括的基础树脂的保护基的分离开始温度的温度执行预烘焙。在抗蚀剂是负型的情况下，以等于或高于抗蚀剂中包括的基础树脂中的交联剂的交联开始温度的温度执行预烘焙。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
为了满足改善集成度的要求，在光刻的曝光工艺中使用的主流光源从用于辐射i 射线的汞灯改变为KrF受激准分子激光器，在曝光期间为了响应在晶片表面上的曝光强度 的减弱，改进了抗蚀剂灵敏度，并且通常使用化学放大型抗蚀剂。化学放大型抗蚀剂包括基础树脂和PAG (光酸产生剂)，并且负型抗蚀剂还包括交 联剂。在曝光工艺中通过曝光能量由PAG产生氢离子(酸)。在曝光之后的曝光后烘焙工 艺中(在下文中称为PEB工艺)，在抗蚀剂为正型的情况下(在正抗蚀剂的情况下)氢离 子会攻击基础树脂中的保护基，以产生脱保护反应，并且在抗蚀剂为负型的情况下(在负 抗蚀剂的情况下)氢离子对交联剂产生作用，以引起基础树脂的交联反应。在这两种情况 下，在PEB工艺中都会新产生氢离子，新的氢离子将引起随后的脱保护反应或交联反应，从 而改善抗蚀剂的灵敏度。如图5所示，在使用化学放大型抗蚀剂的一般光刻工艺中，首先在晶片上涂覆抗 蚀剂(抗蚀剂涂覆工艺，步骤S101)，并且在涂覆之后，例如在80°C至135°C 下烘焙该抗蚀剂 (预烘焙工艺，步骤S102)。此外，之后，按顺序执行曝光工艺(步骤S103)、FEB工艺(步骤 S104)和显影工艺(步骤S105)，以形成预定图案形状的抗蚀剂。在这里，如图2所示，在步骤S102的预烘焙工艺中，在预烘焙设备的热板1上提供 多个陶瓷球2 (没有全部示出)，并且在陶瓷球2上放置晶片3的状态下对晶片3进行加热。然而，由于在加热中会使晶片3翘曲，烘焙温度有时在晶片3上的中心部分和周围 部分之间变化。在晶片3极薄的情况下或者在其线性膨胀系数与硅的线性膨胀系数相差很 大的金属膜只形成在晶片3的一个表面上的情况下，晶片3的翘曲和由翘曲引起的烘焙温 度的差异将变得显著。当烘焙温度在中心部分和周围部分之间变化时，抗蚀剂的灵敏度(Eth)在中心部 分和周围部分之间变化。由于这个原因，当通过均勻的曝光量来对晶片3的整个表面进行 曝光时，抗蚀剂的图案尺寸在中心部分和周围部分之间变化。其间，通过最小曝光能量(mj/ cm2)表示灵敏度(Eth)，以该灵敏度值在固定条件下执行显影的情况下不会产生抗蚀剂膜 的剩余物(剩余膜的比率变为0% )。如上所述，在预烘焙工艺中，存在由于翘曲而使得加热温度在晶片3的表面上变 得不均勻的情况，并因此抗蚀剂的图案尺寸在晶片3的表面上变化。另外，相同的现象还会 发生在PEB工艺中。文献1 (日本专利公布JP-2006-135080A)公开了一种用于不以均勻曝光量对晶 片的整个表面执行曝光的技术，而是通过调整用于晶片表面上的多个区域中的每个区域的 曝光量来执行曝光的技术。具体地，通过改变用于每个曝光拍摄的曝光量，在晶片表面上 适当调整曝光量。以这种方式，抑制由于在PEB工艺中由翘曲引起的温度不均勻性所导3致的图案尺寸的变化(所谓的可变曝光技术)。还在文献2(日本专利公布JP-A-Heisei 10-172889)中，公开了一种与专利文献1的技术相似的技术。
技术实现思路
然而，根据文献1和2中描述的技术，在通过步进机单次拍摄(oneshot)曝光的范 围中，曝光量仍然均勻。由于这个原因，如上所述，在该范围中，由于温度不均勻性而使抗蚀 剂的图案尺寸在晶片表面上变化。另外，在文献1和2中描述的技术中，由于在用单次拍摄曝光的一个范围与邻近该 范围的另一范围之间的边界上曝光量急剧改变，因此存在抗蚀剂图案的尺寸在边界上也急 剧改变的问题。如上所述，在文献1和2中描述的技术中，用于抑制图案尺寸改变的效果是不足够 的。其间，通常，设定预烘焙温度，以使其低于抗蚀剂中包括的基础树脂中的保护基的 分离开始温度(例如，低于如上所述的135°C )或低于抗蚀剂中包括的基础树脂中的交联剂 的交联开始温度。考虑到一般执行预烘焙，以便不引起保护基的分离反应或交联剂的交联 反应，这是理所当然的。用于形成根据本专利技术的抗蚀剂图案的方法，包括在基础衬底上涂覆正型或负型 化学放大抗蚀剂，在涂覆之后预烘焙该抗蚀剂，在预烘焙之后曝光该抗蚀剂，在曝光之后烘 焙该抗蚀剂；以及在烘焙之后通过对抗蚀剂进行显影来形成具有预定形状的抗蚀剂。预烘 焙包括在抗蚀剂是正型的情况下，以等于或高于抗蚀剂中包括的基础树脂中的保护基的 分离开始温度的温度进行预烘焙；以及在抗蚀剂是负型的情况下，以等于或高于抗蚀剂中 包括的基础树脂中的交联剂的交联开始温度的温度进行预烘焙。根据抗蚀剂的特性，以等于或高于特定温度的温度，促进基础树脂中的保护基的 分离反应或交联反应。通过使用该特性，在本专利技术中，通过促进在PEB工艺中根本上促进的 分离反应或交联反应，尝试改善抗蚀剂的灵敏度，而不由于曝光而由PAG产生氢离子。这 时，由于在具有低灵敏度的部分处极大地改善了灵敏度，因此在基础衬底的表面上，抗蚀剂 的灵敏度差异变小。即，根据本专利技术，通过以等于或高于分离开始温度或交联开始温度的温度进行预 烘焙，由于在抑制抗蚀剂的灵敏度的面内变化之后再执行曝光，因此抑制了由于预烘焙时 的温度不均勻性而导致的抗蚀剂图案的尺寸的面内变化。同样，用于制造根据本专利技术的半导体器件的方法，包括在半导体晶片上形成抗蚀 剂图案；以及通过使用抗蚀剂图案作为掩模，对半导体晶片进行成形。所述形成包括用于形 成抗蚀剂图案的方法。根据本专利技术，其可以抑制抗蚀剂的图案尺寸由于在预烘焙中温度的不均勻性而导 致在表面上的变化。附图说明图1是示出根据实施例的抗蚀剂图案形成方法的流程的流程图；图2是示出预烘焙工艺的示意性正横截面图3是示出在曝光工艺中曝光能量在晶片表面中分布的平面图；图4是示出在预烘焙工艺的温度从135°C变化到140°C的情况下晶片表面中的抗 蚀剂的灵敏度(Eth)改变的图；以及图5是示出典型抗蚀剂图案形成方法的流程的流程图。 具体实施例方式参考附图，下面将说明本专利技术的实施例。在全部附图中，相同的数字表示相同的部 件，并因此任意省略该说明。(第一实施例)图1是示出用于形成根据第一实施例的抗蚀剂图案的方法的流程图，并且图2是 示意性示出在用于形成根据第一实施例的抗蚀剂图案的方法中包括的预烘焙工艺的正横 截面图。图3是说明在根据第一实施例的抗蚀剂图案形成方法中包括的曝光工艺的图，并 且其为示出曝光能量在晶片3的表面上分布的平面图。在用于形成根据本实施例的抗蚀剂图案的方法中，按顺序执行用于在基础衬底 (例如，半导体晶片3)上涂覆正型或负型抗蚀剂的抗蚀剂涂覆工艺(步骤S1)、用于预烘焙 该抗蚀剂的预烘焙工艺(步骤S3和S4)、用于曝光该抗蚀剂的曝光工艺(步骤S5)、用于执 行对抗蚀剂进行曝光后的烘焙的曝光后烘焙(PEB)工艺(步骤S6)以及用于通过显影该抗 蚀剂形成预定图案形状的抗蚀剂的显影工艺(步骤S7)。在预烘焙工艺(步骤S3和S4)中， 在抗蚀剂是正型的情况下，在温度等于或高于抗蚀剂中包括的基础树脂中的保护基的分离 开始温度的条件下执行预烘焙(步骤S3)，并且在抗蚀剂是负型的情况下，在温度等于或高 于抗蚀剂中包括的基础树脂中的交联剂的交联开始温度的条件下执行预烘焙(步骤S4)。 另外，用于制造根据本实施例的半导体器件的方法，包括用于在半导体晶片3上形成抗蚀 剂图案的抗蚀剂图案形成工艺；以及用于使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成抗蚀剂图案的方法，包括：在基础衬底上涂覆正型或负型的化学放大抗蚀剂层；在所述涂覆之后，预烘焙所述抗蚀剂层；在所述预烘焙之后，曝光所述抗蚀剂层；在所述曝光之后，烘焙所述抗蚀剂层；以及在所述烘焙之后，通过显影所述抗蚀剂层，来对所述抗蚀剂层进行构图以具有预定形状；其中所述预烘焙包括：当所述抗蚀剂层具有正型时，以等于或高于所述抗蚀剂层中包括的基础树脂的保护基的分离开始温度的温度进行预烘焙；以及当所述抗蚀剂层具有负型时，以等于或高于所述抗蚀剂层中包括的基础树脂的交联剂的交联开始温度的温度进行预烘焙。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈治成治，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]